[发明专利]具有深度测量的井下闭环钻井系统

权利要求书

1.一种钻井眼的系统，其包括：

在井下端处具有钻头的钻柱，该钻柱包括声反射体和声阻抗；

在地面位置处的声发送器，所述声发送器以周期性的间隔在钻柱中生成声脉冲；

地面时钟，该地面时钟将时间提供至所述声发送器以产生所述声脉冲；

在所述钻柱的所述井下端处的井下时钟，其配置成记录在地面位置处的所述钻柱中生成的声脉冲的所述井下端处的到达时间；以及

井下处理器，其配置成：

利用所记录的到达时间但不参考来自地面时钟的生成时间来计算声脉冲的传播时间；

使用所计算的传播时间来确定所述钻柱的长度，

利用钻柱的已知声阻抗来校正钻柱的长度；

使用所校正的长度及所获得的钻头的方位角和倾角来确定所述钻头的位置和取向，以及

使用所述钻头的确定的位置和取向来改变所述钻头的转向参数，以获得所述井眼的选择的轨迹。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择的轨迹为下列中的至少一个：(i)存储在井下存储器位置中的预选轨迹；(ii)使用存储在所述井下存储器位置的地层模型以及所述钻头的所述确定的位置和取向来确定的轨迹；以及(iii)通过所述井下处理器使用井下获得的原位地层测量确定的轨迹。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器进一步配置成通过获得生成的声脉冲从所述地面位置到井下位置穿越所述钻柱的传播时间，来确定所述钻柱的所述长度。

4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括在所述地面位置处配置成在预定的时间生成所述声脉冲的声脉冲发生器，以及其中所述井下处理器进一步配置成使用所述记录的到达时间和用于生成所述声脉冲的已知时间表来获得所述传播时间。

5.根据权利要求1所述的系统，其中用于控制在所述声脉冲发生器处所述声脉冲的生成的地面时钟与所述井下时钟同步。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述井下处理器进一步配置成使用所获得的传播时间和所述钻头的已知的先前位置和先前取向来确定所述钻头的位置。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述井下处理器进一步配置成在没有接收来自所述地面位置处的操作者或处理器的指令的情况下，执行用于改变所述钻头的所述转向参数的计算。

8.一种利用权利要求1－7之一所述的系统来钻井眼的方法，其包括：

确定在地面位置与所述井眼中钻柱的井下端处的钻头之间的所述井眼的长度；

获得所述钻头的方位角和倾角；以及

使用井下处理器来：

根据所确定的长度、方位角和倾角确定所述钻头的位置和取向，以及

使用所述钻头的所确定的位置和取向来改变所述钻头的转向参数，以获得用于钻所述井眼的选择的轨迹。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述选择的轨迹为下列中的至少一个：(i)存储在井下存储器位置中的预选轨迹；(ii)使用存储在所述井下存储器位置的地层模型以及所述钻头的所述确定的位置和取向来确定的轨迹；以及(iii)通过所述井下处理器使用井下获得的原位地层测量确定的轨迹。

10.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述井眼的所述长度进一步包括：获得声脉冲通过钻柱从所述地面位置到所述钻头穿越所述井眼的传播时间。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括根据地面时钟所提供的已知时间表在所述地面位置处生成所述声脉冲，使用在所述井下位置处的井下时钟来记录在井下声接收器处的所述声脉冲的到达时间，以及使用从所述井下时钟获得的所记录的到达时间及用于生成声脉冲的所述已知时间表来获得所述传播时间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述地面时钟和所述井下时钟是同步的。